CN109500554B - 一种不锈钢-镁合金复合板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不锈钢‑镁合金复合板及其制备方法，属于金属复合板加工领域，针对现有成形方法很难形成具有较好界面连接的不锈钢‑镁合金复合板，制约其在工业领域应用的问题，本发明采用了包裹密封的结构可有效解决镁合金加热过程中易氧化的问题，故加热过程中不需额外施加惰性气体进行保护；待结合面的镀银层作为过渡元素可改善镁合金在不锈钢表面的润湿性，促进结合面的冶金结合；热压炉加热到高于镁合金熔点的温度，并保温保压一段时间，使镁合金熔体与不锈钢表面不仅接触时间充分，而且压力的作用下更有利于界面元素的扩散；制备的不锈钢‑镁合金复合板结合界面质量好，抗拉强度高，同时具有较好的抗腐蚀性能。

Description

一种不锈钢-镁合金复合板及其制备方法
技术领域
本发明属于金属复合板加工领域，特别涉及一种不锈钢-镁合金复合板的制备方法。
背景技术
随着国民经济的发展及各种新技术、新产业的出现，制造业不断向产品轻量化发展。相比于其他结构材料，镁合金具有低密度、较高的比强度和比刚度、优良的导电导热性和阻尼性能，抗震减噪性方面也具有很大的优势，因而日益受到工业界尤其是汽车和电子行业的瞩目。然而镁及镁合金塑性成形性较差，其根本原因是镁自身的密排六方结构致使其在室温下的滑移系较少，这也直接限制其在结构性应用，特别是对形变能力有一定要求的场合使用。此外，结构材料日益复杂的工作条件，对具有各种不同性能的工程材料的需求越来越广泛，对材料的性能，尤其对金属材料在强度、韧性等方面也提出了更高的要求。单一的金属材料因其综合性能不足，难以满足工程结构对其使用性能和成本的双重需求，其应用领域受到极大的限制。为此复合材料的研制、生产和应用越来越显示其重要的地位。层状复合材料作为复合材料的一种，其工艺相对简单，具有较好的综合性能，层状复合将是改变镁合金结构性能特别是成形性的有效途径。不锈钢能够抵抗酸、碱、盐及其溶液与其它一些腐蚀介质腐蚀的一种高合金钢，是工业生产中应用最广泛的金属之一，不锈钢除优秀的耐蚀性外，还具有优良的机械强度，镁合金与不锈钢的层状复合可以实现二者优势互补，有助于复合板应用领域的进一步扩展。
目前复合板常用成形方法为爆炸复合法、铸造复合法和轧制复合法。其中爆炸复合法中能量消耗较大，废品率较高、而且工人劳动条件差、有一定的危险性，此外由于烟尘、振动和噪声的存在对环境的影响也是非常大的；复合铸造过程中，一般需在保护气体下进行异种金属的复合，在浇注过程中两种金属较短的接触时间，导致较快的降温速度，对异种金属的接触面的结合有直接影响，同时这也是制约双金属复合铸造材料生产和应用的瓶颈；镁合金室温下成形性较差，故常采用热轧方法制造，但镁表面形成的氧化膜呈疏松状态，不能有效阻止镁内部继续发生的氧化腐蚀过程，影响结合界面的质量，如采用真空设备中加热或惰性气体保护的方法将增加成本和工艺的复杂性。此外，镁合金在不锈钢表面润湿性较差，需要采取必要措施改善其润湿性，以提高结合强度。为此亟需一种具有较高结合强度的不锈钢- 镁合金复合板的制备方法。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有成形方法很难形成具有较好界面连接的不锈钢-镁合金复合板，制约其在工业领域应用的问题，提出一种不锈钢-镁合金复合板的制备方法，可实现不锈钢-镁合金界面的高强连接。
为了实现上述目的，本发明提出不锈钢-镁合金复合板的制备方法技术方案，步骤如下所示：
步骤(1)：在不锈钢中板4的表面按照正方形分布开若干圆孔，圆孔的直径为4-6mm，相邻两孔的圆心间距为15-18mm。
步骤(2)：对不锈钢密封上框1、不锈钢上板2、镁合金上板3、不锈钢中板4、镁合金下板5、不锈钢下板6和不锈钢密封下框8的表面进行预处理，除去有机类杂质和表面氧化物，使结合面保持清洁有利于异种金属间的结合。
步骤(3)：利用电镀的方法在不锈钢板上板2的下面、不锈钢中板4的两面和不锈钢下板6的上面镀银，镀层7厚度为1-1.5μm。
步骤(4)：板件组装：板件包括不锈钢密封上框1、不锈钢上板2、镁合金上板3、不锈钢中板4、镁合金下板5、不锈钢下板6和不锈钢密封下框8；不锈钢下板6带镀层面朝上置于最下方，镁合金下板5置于不锈钢下板6的上方，不锈钢中板4置于镁合金下板5的上方，镁合金上板3置于不锈钢中板4的上方，不锈钢上板2置于镁合金上板3的上方，不锈钢密封上框1和不锈钢密封下框8装在叠合板件外侧，并与不锈钢中板4的边缘相接。
步骤(5)：组装板件接缝焊接密封；钨极氩弧焊对不锈钢密封上框1、不锈钢密封下框8 与不锈钢上板2、不锈钢中板4和不锈钢下板6之间的接缝处分别进行连续焊接，使板件内部形成密封；其中钨极直径为1.6mm，焊接电流40-90A，氩气流量6-10L/min，氩气纯度为99.6％以上。
步骤(6)：将热压炉温度升高到820～940℃，之后将组合板件置于压头下方，当压力达到25～35MPa时，保压保温10～20min。之后停止加热，继续保压，待炉膛温度冷却到室温后，升起压头，取出组合板件，经切边后得到不锈钢-镁合金复合板。
上述制备不锈钢-镁合金复合板的方法中：
进一步，在步骤(1)所述表面预处理过程为，首先用乙醇将待复合的镁合金板和不锈钢板表面的油污清洗干净，然后用清水冲洗；用浓度为18～23wt％的NaOH水溶液清洗2～6分钟，用8～12wt％HNO3溶液清洗5～8分钟，然后再用清水冲洗，之后用吹风机吹干。
本发明的有益效果：
(1)本发明公开了一种不锈钢-镁合金复合板的制备方法。其中镁合金上板3和镁合金下板5被不锈钢上板2、不锈钢下板6和不锈钢密封上框1和不锈钢密封下框8包裹密封，可有效解决镁合金加热过程中易氧化的问题，故加热过程中不需额外施加惰性气体进行保护。
(2)不锈钢上板2、不锈钢中板4和不锈钢下板6的待结合面的镀银层作为过渡元素可改善镁合金在不锈钢表面的润湿性，促进结合面的冶金结合。
(3)热压炉加热到高于镁合金熔点的温度，并保温保压一段时间，使镁合金熔体与不锈钢表面不仅接触时间充分，而且压力的作用下更有利于界面元素的扩散；
(4)不锈钢中板4表面设有均布圆孔，不仅能够减轻复合板的重量，而且镁合金熔体通过不锈钢中板4的均布圆孔连为一体，经保温保压，可进一步增强复合板的强度。制备的不锈钢-镁合金复合板结合界面质量好，抗拉强度高，同时具有较好的抗腐蚀性能。
附图说明
图1为不锈钢-镁合金组合板件的组装图；
图2为不锈钢中板4的俯视图；
附图说明：1为不锈钢密封上框，2为不锈钢上板，3为镁合金上板，4为不锈钢中板，5 为镁合金下板，6为不锈钢下板，7为镀层，8为不锈钢密封下框
具体实施方式
实施例1
下面结合附图1和附图2具体说明不锈钢-镁合金复合板制备的实施方式。所选镁合金板牌号为AZ31，不锈钢板牌号为06Cr19Ni10。其中镁合金上板3和镁合金下板5厚度为3mm，不锈钢上板2、不锈钢中板4和不锈钢下板6厚度为0.5mm。
步骤(1)：不锈钢中板4的表面均布打圆孔，圆孔的直径为5mm，孔圆心间距16mm。
步骤(2)：对不锈钢密封上框1、不锈钢上板2、镁合金上板3、不锈钢中板4、镁合金下板5、不锈钢下板6和不锈钢密封下框8表面进行预处理，除去有机类杂质和表面氧化物。详细过程如下：首先用乙醇将待复合的镁合金板和不锈钢板表面的油污清洗干净，并用清水冲洗；用浓度为20wt％的NaOH水溶液清洗3分钟，用10wt％HNO3溶液清洗6分钟，并用清水冲洗，之后用吹风机吹干。
步骤(3)：利用电镀的方法在不锈钢板上板2、不锈钢中板4和不锈钢下板6的待结合面镀银，镀层7厚度为1.3μm。
步骤(4)：板件组装：板件包括不锈钢密封上框1、不锈钢上板2、镁合金上板3、不锈钢中板4、镁合金下板5、不锈钢下板6和不锈钢密封下框8；不锈钢下板6带镀层面朝上置于最下方，镁合金下板5置于不锈钢下板6的上方，不锈钢中板4置于镁合金下板5的上方，镁合金上板3置于不锈钢中板4的上方，不锈钢上板2置于镁合金上板3的上方，不锈钢密封上框1和不锈钢密封下框8装在叠合板件外侧，并与不锈钢中板4的边缘相接。
步骤(5)：组装板件接缝焊接密封；钨极氩弧焊对不锈钢密封上框1、不锈钢密封下框8 与不锈钢上板2、不锈钢中板4和不锈钢下板6之间的接缝处分别进行连续焊接，使板件内部形成密封；其中钨极直径为1.6mm，焊接电流40-90A，氩气流量6-10L/min，氩气纯度为99.6％以上。
步骤(6)：将热压炉温度升高到850℃，之后将组合板件置于压头下方，当压力达到30MPa 时，保压保温15min。之后停止加热，继续保压，待炉膛温度冷却到室温后，升起压头，取出组合板件，切边后得到的不锈钢-镁合金复合板，其抗拉强度为413MPa，具有良好的抗拉性能，说明其界面结合良好。

Claims (3)

1.一种不锈钢-镁合金复合板的制备方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
步骤(1)：在不锈钢中板(4)的表面按照正方形分布开若干圆孔，圆孔的直径为4-6mm，相邻两孔的圆心间距为15-18mm；
步骤(2)：对不锈钢密封上框(1)、不锈钢上板(2)、镁合金上板(3)、不锈钢中板(4)、镁合金下板(5)、不锈钢下板(6)和不锈钢密封下框(8)的表面进行预处理，除去有机类杂质和表面氧化物，使结合面保持清洁有利于异种金属间的结合；
步骤(3)：利用电镀的方法在不锈钢上板(2)的下面、不锈钢中板(4)的两面和不锈钢下板(6)的上面镀银，镀层(7)厚度为1-1.5μm；
步骤(4)：板件组装：板件包括不锈钢密封上框(1)、不锈钢上板(2)、镁合金上板(3)、不锈钢中板(4)、镁合金下板(5)、不锈钢下板(6)和不锈钢密封下框(8)；不锈钢下板(6)带镀层面朝上置于最下方，镁合金下板(5)置于不锈钢下板(6)的上方，不锈钢中板(4)置于镁合金下板(5)的上方，镁合金上板(3)置于不锈钢中板(4)的上方，不锈钢上板(2)置于镁合金上板(3)的上方，不锈钢密封上框(1)和不锈钢密封下框(8)装在叠合板件外侧，并与不锈钢中板(4)的边缘相接；
步骤(5)：组装板件接缝焊接密封；钨极氩弧焊对不锈钢密封上框(1)、不锈钢密封下框(8)与不锈钢上板(2)、不锈钢中板(4)和不锈钢下板(6)之间的接缝处分别进行连续焊接，使板件内部形成密封；其中钨极直径为1.6mm，焊接电流40-90A，氩气流量6-10L/min，氩气纯度为99.6％以上；
步骤(6)：将热压炉温度升高到820～940℃，之后将组合板件置于压头下方，当压力达到25～35MPa时，保压保温10～20min；之后停止加热，继续保压，待炉膛温度冷却到室温后，升起压头，取出组合板件，经切边后得到不锈钢-镁合金复合板。
2.根据权利要求1所述的不锈钢-镁合金复合板的制备方法，其特征在于，在步骤(1)所述表面预处理过程为，首先用乙醇将待复合的镁合金板和不锈钢板表面的油污清洗干净，然后用清水冲洗；用浓度为18～23wt％的NaOH水溶液清洗2～6分钟，用8～12wt％HNO3溶液清洗5～8分钟，然后再用清水冲洗，之后用吹风机吹干。
3.一种利用权利要求1或2中所述制备方法制备得到的不锈钢-镁合金复合板。
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